Vinicio Barrientos Carles
Guatemalteco de corazón, científico de profesión, humanista de vocación, navegante multirrumbos… viajero del espacio interior. Apasionado por los problemas de la educación y los retos que la juventud del siglo XXI deberá confrontar. Defensor inalienable de la paz y del desarrollo de los Pueblos. Amante de la Matemática.
Tiempo es la medida del movimiento entre dos instantes.
Aristóteles
El tiempo es una dimensión de la existencia que a todas las personas interesa. Lo entendemos y lo valoramos, cada quien, a su propia manera. A pesar de ello, de las distintas formas de concebirlo y utilizarlo, solemos coincidir en la importancia medular que reviste en nuestras vidas. De hecho, la vida misma pareciera estar definida, por cada uno y cada una, mediante esa particular forma de aprehender, de capturar, el transcurrir del tiempo, según nuestra personal confrontación.
Solemos decir que el tiempo no alcanza, que se nos va volando. En la agitada vida actual, quisiéramos tener más tiempo… es una queja recurrente. Vinculada a ella, encontramos un conocido refrán que reza «hay más tiempo que vida». Entre las muchas interpretaciones de la máxima, se observa una noción común: que nuestra vida, nosotros, transitamos a lo largo del tiempo, que el tiempo es eterno, y que constituye un marco de referencia universal. Este detalle, sobre si el tiempo es absoluto o relativo, se ha transformado, paulatinamente, en un tema selecto e intrigante de la ciencia de los últimos siglos.
Hoy estamos abordando lo que me permito interpretar como unas primeras pinceladas de un cuadro, bastante complejo, demorado y laborioso de pintar, pero no por ello menos interesante. Aunque no alcanzaríamos a agotar lo básico sobre esta curiosa noción, la denominada «flecha del tiempo», tenemos por propósito cubrir las ideas fundamentales al respecto. De ahí el titular. El identificador del concepto evoca en nuestras mentes justo a lo que se hace referencia: una determinada direccionalidad temporal. La noción, bastante intuitiva, puede expresarse brevemente afirmando que el tiempo transcurre hacia adelante, nunca para atrás.
Respecto al transcurrir del tiempo psicológico, esto es, en lo referido a nuestras percepciones sobre la temporalidad y sus efectos en nosotros, pero también sobre las diferentes escalas para ubicar los distintos hechos en una conveniente escala de tiempo, conversábamos en el artículo «Nueva propuesta para el tiempo». En esta publicación, citábamos al poeta romano Publius Vergilius Maro, mejor conocido por su nomen Virgilio, nacido en el 70 a. C., quien afirmaba: tempus fugit, in saecula saeculorum. También mencionábamos a Quinto Horacio Flaco, quien popularizó otra expresión, mucho más difundida: tempus fugit, carpe diem (el tiempo vuela, aprovechemos el momento).
Todas estas reflexiones, sobre lo efímero y la fugacidad de nuestra vida, tienen como común denominador la medición de la temporalidad desde nuestras muy humanas percepciones. No obstante, en el plano puramente físico, al margen de una mente consciente que reflexione o tenga la capacidad de un conocimiento racional mucho más elaborado, lo cierto es que todo discurre, todo acontece, sin pausa ni interrupción, desde el pasado hacia el futuro, pasando por el presente, que es el instante actual, siempre en movimiento. Así, dejando de lado el aspecto psicológico y subjetivo, que podremos tratar posteriormente, ahora nos estaremos enfocando en los aspectos físicos, objetivos, del tiempo.
Primeramente, notar que la característica más importante de este fluir temporal, es su irreversibilidad, pues no podemos invertir su dirección, a diferencia de lo espacial. A eso se refiere la flecha, unidireccional. Sin embargo, esta inherente asimetría ha dado lugar a la imaginación. De hecho, uno de los temas predilectos en la cinematografía de las últimas décadas es este, el de supuestos viajes en el tiempo, pero, en particular, sobre el regreso al pasado. Algo de ciencia, entremezclada con mucha ficción, puede resultar en ideas novedosas que nos han hecho pensar en más de una ocasión. Amerita apuntar que la expresión flecha del tiempo se debe al astrofísico y filósofo británico Arthur Stanley Eddington.
Realizando una somera síntesis, podríamos decir que existen tres formas distintas de abordar la temática de la flecha del tiempo, las cuales, aunque diferentes, poseen algunos puntos vinculantes en los que se interconectan. La primera ya la hemos mencionado, la psicológica, que no nos resulta extraña porque es parte de nuestra percepción del entorno y del mundo que vamos construyendo. En la segunda, la de tipo físico, hemos mencionado a Eddington, pero es extensa la galería de personas de ciencia y filosofía que han venido aportando al tema. Algunos, los de mayor trascendencia, se muestran en las imágenes de la presente publicación.
Sin embargo, antes de pasar revista a la evolución de los conceptos, en donde surgen ciertas problemáticas, es importante dedicar unas líneas en torno a la tercera interpretación, de tipo lógico. Esta variante saca a relucir una diversidad de situaciones que nos hacen pensar en la aparente necesidad de esta unidireccionalidad temporal, básicamente, porque la posible reversibilidad del tiempo traería consigo consecuencias ontológicas de gran magnitud. Por un lado, unas contradicciones de naturaleza lógica, relacionadas con la coherencia de cualquier sistema lógico, como hoy se les concibe. Por el otro, unas puramente ónticas, relacionadas con la posibilidad de la existencia de los seres, como entes objetivos independientes de la consciencia y la voluntad.
El problema lógico está vinculado con la causalidad, puesto que la causa precede al efecto. Todo sistema lógico tiene por objetivo la definición y posible uso de la denominada implicación, la cual simbolizamos, también, mediante una flecha. La expresión A ⇒ B indica que A precede lógicamente a B, lo que se traducirá en una forma de precedencia en los hechos a los que refiere. Cuando una copa de cristal cae de la mesa, se verá hecha añicos al llegar al piso. Nuestra mente y experiencia nos indican que la copa intacta pertenece al pasado, mientras que los fragmentos de la copa pertenecen al futuro. Así, el efecto del rompimiento actual tiene una causa, ubicada tiempo atrás.
Por otro lado, la irreversibilidad va de la mano de esta dirección del tiempo que nos ocupa. Si rompemos un vaso, roto se queda; si mezclamos dos sustancias, no se desmezclan por si solas; si calentamos agua y luego la retiramos del fuego, se enfría, no se calienta de nuevo; si pasa el tiempo envejecemos y nunca nos hacemos más jóvenes; si un ser vivo muere, no resucita. Otro fenómeno vinculado a la flecha del tiempo, desde el punto de vista lógico, es el del conocimiento, puesto que, como todos estamos claros, recordamos el pasado, lo conocemos, mientras que el futuro nos resulta incierto. En una gran mayoría de eventos, ante muchas posibilidades, no sabemos lo que sucederá.
Anteriormente, hemos compartido al respecto de las sorprendentes paradojas que producen los viajes irrestrictos en el tiempo, como en la publicación «La paradoja de Newcomb», artículo en dos partes, del que recomendamos su lectura, para no desviarnos más aquí. En resumen, si pudiéramos viajar en el tiempo, podríamos conocer los eventos futuros, y entonces proceder a cambiarlos, desde el pasado, lo que generaría bucles y contradicciones insalvables: aporías o paradojas irresolubles. Sobre esta imposibilidad inherente de no poder modificar el pasado, es interesante el principio de autoconsistencia de Nóvikov, vinculado a unas aplicaciones que se basan en el posible retroceso de los qubit, de una computadora cuántica.
Después del paréntesis, lógico y psicológico, conviene atravesar el portal de la flecha física del tiempo, nuestro interés primordial. Por ello, en esta ocasión, hemos citado al inicio, no a los poetas latinos, sino al filósofo de Estagira, Aristóteles, quien nos habla de medición e instantes, conceptos que vuelven, una y otra vez, en la física posmoderna, es decir, de la contemporaneidad. Para ello debemos introducir el concepto de entropía, que procede del griego ἐντροπία, que significa evolución o transformación. Utilizado por primera vez durante la década de 1850, por el físico y matemático alemán Rudolf Clausius, fue el físico austríaco Ludwig Eduard Boltzmann, quien lo consolidó, desarrollándolo extensamente.
Boltzmann, considerado el padre de la mecánica estadística, introdujo en la naciente termodinámica, una forma de medir y cuantificar matemáticamente el importante concepto. La imagen muestra la ecuación epónima, publicada en 1877, en la cual recurre al punto de vista de la probabilidad, para establecer una relación directa, muy bien definida, entre los estados macroscópicos y microscópicos del sistema en cuestión. La termodinámica utiliza dos conceptos fundamentales: energía y entropía. Aunque el primero nos resulta intuitivo y familiar, la entropía no deja de ser un personaje desconocido. Sobre la termodinámica, se lee:
es la rama [más general] de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. […] Por su parte, [la RAE] define la termodinámica como la encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía. Constituye una teoría fenomenológica, que, a partir de razonamientos deductivos, estudia sistemas reales, sin modelizar, siguiendo un método puramente experimental.
Al buscar una definición de entropía, podrán apreciarse distintas modalidades o versiones del concepto. Aún los expertos se ven en aprietos cuando se les pide que expliquen, de manera sencilla, qué es la entropía. No obstante, es posible describirla, en breve, como una magnitud física que mide el desorden de un sistema termodinámico en equilibrio. También se puede vincular con el grado de desorganización del sistema. A mayor entropía, mayor es el desorden o desorganización del sistema. O dicho de manera equivalente, si aumentas la estructura, el orden o la organización de un sistema, la entropía será menor.
Por otro lado, la entropía está conectada con la irreversibilidad macroscópica que observamos en la vida diaria. Cabe señalar, sin embargo, que el origen de este fenómeno, la irreversibilidad, radica en el mundo microscópico, en la existencia de las moléculas y los átomos que las componen. Como consecuencia, se obtiene esta dirección en la que fluye el tiempo. Esto es importante, pues la mayoría de las leyes de la física no hacen distinción entre el pasado y el futuro. Si se piensa en la colisión y el rebote de dos bolas de billar idénticas, se tendrá una única ecuación que las describa, y esta ecuación es simétrica respecto del tiempo.
Dicho en otras palabras, en las descripciones de la ciencia, contenidas en las leyes físicas, no se distingue entre el pasado, el presente o el futuro. Así, las leyes valen por igual, sea de pasado a futuro, o bien de futuro a pasado. Por otro lado, ninguna contrastación empírica indica que estas leyes sean erróneas. A esta característica se le llama simetría temporal. Salvo muy extrañas y misteriosas excepciones, las leyes del cosmos son simétricas. Por ello la asimetría de la flecha del tiempo reviste especial interés, porque implica una asimetría esencial. La ecuación que explica que el tiempo transcurre siempre hacia delante, que evidencia esta asimetría excepcional, es la segunda ley de la termodinámica.
La termodinámica se sintetiza en dos leyes, las que limitan los posibles procesos en la naturaleza. La primera, bastante conocida, dice que en todo proceso la energía siempre se conserva. La segunda afirma que existe una cantidad de los cuerpos macroscópicos, llamada entropía, que, durante cualquier proceso de un sistema aislado, nunca disminuye. Esto significa que el valor de esta magnitud, la entropía, podrá aumentar o quedarse igual, pero nunca podrá disminuir. Esta obligatoriedad dicta, impone, la forma en que evoluciona todo el cosmos, porque la ocurrencia de un cierto sistema con menos entropía deberá, necesariamente, preceder a la ocurrencia del sistema, cuando su entropía es mayor.
Si la entropía permanece igual, se habla de un proceso reversible. No obstante, una gran cantidad de procesos naturales son termodinámicamente irreversibles, puesto que sólo pueden ocurrir en una dirección. Para ilustrarlo, nótese que, si filmamos una gota de tinta roja diluyéndose en agua, como se ilustra en la imagen precedente, podríamos, posteriormente, ver la película al revés. Al hacerlo, nuestra consciencia nos delataría al respecto de la imposibilidad de lo que estaríamos observando, dada la irreversibilidad del fenómeno, pues sabemos que el agua rojiza nunca se desmezclará, para llegar a una gota de tinta única en medio del agua transparente.
Otro ejemplo similar si colocamos un hielo dentro de un vaso con agua. Observaremos, al rato, que el hielo se calienta, tal que se derrite, enfriando al agua que le rodea. Lo que ocurrió es que el agua le dio calor al hielo, éste aumentó su temperatura y el agua, al perder calor, se enfrió. Por otro lado, nunca observaremos el absurdo de que el hielo se enfríe aún más y el agua se caliente, o, tampoco, que el agua enfriada se segregue en agua tibia y unos trozos de hielo. Para que esto ocurriera, el calor debería fluir del hielo al agua. La razón para que esto no suceda así está en la segunda ley de la termodinámica.
Lo que sucede es que el agua líquida tiene mayor entropía que el hielo, porque sus moléculas están más libres, tienen mayores posibilidades de movimiento porque están más desordenadas, menos estructuradas. Nótese que la entropía del agua más la del hielo es menor al principio que al final, cuando el hielo ya se derritió y todo tiene la misma temperatura. Es decir, los intercambios de energía y las distintas transformaciones se dan para que los sistemas evolucionen a otros, que exhibirán una mayor entropía.
Insistimos, nunca hemos visto que, de repente, en un vaso con agua a temperatura ambiente, de forma espontánea, una parte se haga hielo y la otra se caliente. El absurdo proviene del hecho que para que esto sucediera, tendríamos un sistema termodinámico evolucionando de una mayor entropía, desorden, a una menor, que muestra el sistema más y mejor organizado, con menos grados de libertad. Estos ejemplos, debidos al mismo Boltzmann, nos convencen de la evolución natural de los sistemas.
Un análogo para las moléculas y los átomos los tenemos en las bolas de billar. Si se rompe la pirámide que forman inicialmente las bolas, veremos que se dispersan en todas direcciones. Es fácil distinguir entre el pasado y el futuro, porque el desorden de las bolas nos dice que esto está aconteciendo después. De esta forma, intuitivamente, la segunda ley de la termodinámica nos dice que un sistema aislado, o bien permanece estático, o evoluciona hacia un estado de caos, en lugar de orden. El desorden natural, la entropía, aumenta, nunca disminuye. Esta es la orientación esencial del universo físico, y de aquí la implicación de la dirección del tiempo, expresaba en la flecha.
Por otro lado, la neguentropía, entropía negativa o sintropía, introducida por el matemático, y criptógrafo estadounidense Claude Elwood Shannon, considerado como el padre de la teoría de la información, representa otra de las vertientes entrópicas. La idea básica es que la información es contraria a la entropía. En esta línea de pensamiento, es notable y singular la participación del físico y filósofo austríaco, Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger, por su aporte en la explicación al respecto de la vida, en donde se observan sistemas neguentrópicos, organizadores, que aparentemente contradicen la citada segunda ley. Schrödinger destaca también en lo cuántico, como hemos comentado en el entrelazamiento cuántico, otro de los nodos para el abordaje de la flecha del tiempo.
Sobre la posibilidad de sistemas, no aislados, que revistan entropía decreciente, el biólogo y filósofo austríaco, padre de la teoría de sistemas, Ludwig von Bertalanffy, expresa, en su texto de 1968, Teoría general de los sistemas, lo siguiente:
Esta medida de la información resulta ser similar a la de la entropía, o más a la de la entropía negativa, puesto que la entropía es definida como logaritmo de la probabilidad. Pero la entropía, como ya sabemos, es una medida del desorden, de ahí que la entropía negativa, o información, sea una medida del orden, o de la organización, ya que la última, en comparación con la distribución al azar, es un estado altamente improbable.
En conclusión, podemos repetir lo que hemos entendido desde un inicio: que el tiempo va en una dirección, hacia adelante. Las tazas de té se rompen, pero nunca se vuelven a armar espontáneamente. En complemento, hemos aprendido que esta propiedad del universo, cruel e inmutable, es una consecuencia fundamental de la aceptación de la segunda ley de la termodinámica, que dicta que los sistemas siempre tenderán a desordenarse más con el tiempo. Nótese que tal ley es más bien un axioma, que ha sido constatado mediante todas nuestras experiencias cotidianas. Sin embargo, ignoramos si tal premisa podría dejar de cumplirse.
De esta guisa, vemos que, si las paradojas de la Antigüedad representaron un acicate para la resolución de muchos asuntos de los que hoy la humanidad se beneficia, deberemos aceptar que la denominada flecha del tiempo y su posible manipulación involucra una de las inquietudes más profundas en la actualidad, tanto para el lego, representado en la voz popular, que gusta de las películas de ciencia ficción, como para quienes se aventuran en las honduras más lejanas de la ciencia y la filosofía.
Finalmente, un aspecto al que ameritará retornar es el de la cosmología, rama de la física que, con sus interesantes descubrimientos, aporta mucho a la discusión reflexiva, al plantear la posibilidad de la existencia de universos en los que el tiempo podría estar fluyendo en un sentido contrario al nuestro. No obstante, según lo que vamos entendiendo, pareciéramos estar encerrados en una inmensa esfera de acontecimientos, en los que el tiempo sigue un curso unidireccional. Lo cierto es que, por ahora, las interrogantes sobre una posible escapatoria de tal flecha, sea en el macrocosmos, sea en el microcosmos, quedarán abiertas, rondando en nuestro mundo interior.
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[ 1 ] Imagen editada por Vinicio Barrientos Carles :: https://www.revistac2.com/entropia-irreversibilidad-y-la-flecha-del-tiempo/ + https://www.espinof.com/listas/mejores-peliculas-viajes-tiempo-netflix + https://www.astromia.com/astronomia/flechatiempo.htm + https://es.resonancescience.org/blog/la-flecha-del-tiempo-no-es-tan-absoluta-segun-un-nuevo-experimento
[ 2 ] Imagen editada por Vinicio Barrientos Carles :: https://www.revistac2.com/entropia-irreversibilidad-y-la-flecha-del-tiempo/ + + https://es.wikipedia.org/wiki/Filosof%C3%ADa_del_espacio_y_el_tiempo + https://www.linkedin.com/pulse/entrop%C3%ADa-organizacional-evitar-la-dispersi%C3%B3n-en-los-szumyckyj/?originalSubdomain=es + https://es.wikipedia.org/wiki/Flecha_del_tiempo
[ 3 ] Imagen tomada de gAZeta, elaborada por Vinicio Barrientos Carles :: https://gazetagt.com/entropia-2/
[ 4 ] Imagen editada por Vinicio Barrientos Carles :: https://ecuadortoday.media/2019/08/18/cosmologia-y-vida-cotidiana/ + https://nusgreme-cp5002.wordpresstemporal.com/la-flecha-del-tiempo-y-una-computadora-cuantica/ + https://es.dreamstime.com/mezcla-del-tiempo-de-la-flecha-image135160443 + https://es.wikipedia.org/wiki/Filosof%C3%ADa_del_espacio_y_el_tiempo
